Risalah Pertemuan Ilmiah Penelilian dan Pengembangan ,iplikEsi Isalop dan Radias~ 200 1
RADIOLISIS P A TI LARUT SEBAGAI SENY A W A MODEL
POLISAKARIDA. I. EFEK PELARUT DAN LAJU DOSIS IRADIASI
Yanti S. Soebiantol, Siti Meilani S.2 dan Diah Widowati2 IPuslitbang Teknologi Isotop dan Radiasi, BATAN, Jakarta
2Fakultas Fannasi, Universitas Pancasila
ABS TRAK
RADIOLISIS PATI LARUT SEBAGAI SENYAWA MODEL POUSAKARIDA. L EFEK
PELARUT DAN LAJU DOSIS JRADIASI. Iradiasi ganuna dalam media udara dilakukan terhadap pati larut bentuk padat dan larutan air (5%) dengan laju dosis yang berbeda. Uji sifat fisika dan kimia dilakukan \U1tuk mengetahui efek radiasi. Sisa pati setelah iradiasi ditentukan dengan mengukur kadar gula reduksi memakai metode Luff Schoorl. Perubahan fisika yang teramati adalah warna kekuningan pati, percepatan kelarutan, dan penurunan viskositas larutan. Molekul pati mengalami depolimerisasi, sehingga lebih mudah larut. Proses ini lebih nyata dalam bentuk larutan dan iradiasi deltgan laju dosis rendah. Hal ini disebabkan oleh efek langsung dan tidak langsung terhadap zat terlarut, serta faktor difusi oksigen kedalam larutan. Kata kunci: Radiolisis, senyawa model.
ABSTRACT
RADIOLYSIS OF SOLUBLE STARCH AS A POLYSACCHARmE MODEL COMPOUND. L EFFECT OF SOLVENT AND DOSE RATE. Soluble starch in the solid state and solution (5%) were gamrita in'adiated U1 air U11der various dose rates. Physical and chanical changes were examined to study the radiation effects. The remained starch was detemrined by Luff Schoorl method for reducing sugars. The observed physical chax1ges are yellowing of the powder, increase of solubility; and reduction of the intrinsic viscosity of the solution. Molecular starch is depolymerized by irradiation, and therefore it has enhanced its solubility. Experimental results show that solvent and low irradiation dose rate enhance depolymerization due to direct and indirect effect on the solute, and oxygen diffusion into the solution
Key words: Radiolysis, model compound.
PENDAHULUAN BAHAN DAN METODE
Bahan. Pari larut (~1005)n buatan Merck, dan pereaksi kimia untuk penentuan gula reduksi dengan metode Luff Schoorl (2).
Iradiasi. Pati bentuk padat dan larutan air (5%) diiradiasi dengan sinar-y dari 6OCO pada suhu roang dan media udara. Laju dosis 2,79 dan 10 kGy/jam, dan dosis serap dari 0 sampai 50 kGy. Iradiasi menimbulkan perubahan sifat fisika dan kimia.
Perubahan warDa. Dilakukan terhadap pati
padat dengan alat krolllaIneter (Chromarneter CR 200).
Perbedaan warna pati terhadap warna putih dihitung
dengan persamaan: AE = AL + (6aY + (t:\bY ,dimana nilai warna Hunter (Hunter color value) untuk putih adalah L= 97,07, a=O,33, dan b=O,52.
Radiolisis k.,1!bohidrat banyak dipelajari dalam
bidang teknologi radiasi pangan dan sediaan fannasi. Perkembangan teknik analisis kUnia telah banyak
membantu para peneliti untuk dapat mendeteksi dan
menginterpretasi produk radiolisis yang kadarnya
sangat kecil « 100 j.lg/g), tetapi berdasarkan
penelusuran pustaka dalam 2 tahun terakhir hanya didapatkan beberapa lnakalah mengenai aspek dasar radiasi patio Salah satu adalah mengenai iradiasi gamma pati beras (1). Metode yang dipakai untuk mempelajari adalah sarna, dan tujuannya adalall memberikan data perubahan fisiko-kirnia.
Penelitian ini mempelajari efek radiasi pada pati lamt sebagai model polisakarida untuk memperrnudah analisis produk, daD mewakili pati yang lain. Berbagai
aspek akan dipelajari, dan pada bagian ini akan dipelajari pengaruh bentuk fisik pati dan laju dosis iradiasi. Parameter yang diamati adalah peruballaD sifat fisika dan kirnia, dan laporan penelitian ini ditujukan
kepada pemula kilnia radiasi yang berhubungan dengan
pangan, obat-obatan, dan biologi. Dalam laporan ini
juga akan sedikit dibahas mengenai prinsip dasar kirnia
radiasi yang menyangkut bagian ini.
Suhu kelarutan. Perubahan kelarutan pati
diamati dari perubahan suhu dimana larutan 2,5 gr pati
dalam 50 ml air mulai menjadi jemih pada pemanasan dalam media udara.
Viskositas intrinsik.Diukur dengan viskometer Ubbelohde pacta subu ruang dengan pelarut air. Sampel
Risali1h Pertemuan Ilmiah Penelitian dan Pengembangan Aplikasi Isotop dan Radiasi. ZOOt
perbedaannya terhadap warna putih cukup nyata (Tabel
1). Makin besar nilai L\L makin jauh dari pencahayaan (kilap) dan makin kecil nilai 6.b makin kuning. Perubahan warna makin nyata dengan peningkatall dosis scrap. lradiasi dengan laju dosis 2,79 kGy/jam
menyebabkan perbedaan warna lebih nyata, karena
peningkatan waktu kontak dengan oksigen diudara
menyebabkan oksidasi lebih nyata.
larutan langsung diukur, sedangkan smnpel padat dibuat
larutall 5%.
Bentuk daD kristalinitas. Mikroskop optik
(NIKON tipe 104) dengaIl perbesaran 200 kali untuk
melihat bentuk pati, serta kristalinitasnya diamati dengan difraksi sinaI-X.
Titik leleh. Titik leleh pati diamati dengan alat differential scanning calorimeter (DSC) pacta laju
pemanasan lO°C/min dalam selang suhu 30 -400°C.
Suhu kelarutan patio Larotan pati iradiasi lebih cepat mencapai kejemihan (70- 78°C) dibanding pati yang tidak diiradiasi (83°C) (Tabel 2). De~dasi yang ditimbulkan oleh iradiasi telah merubah struktur pati
sehingga lebih mudah tarot. peningkatan dosis iradiasi
mempercepat kejernihan, dan laju dosis iradiasi sangat
berpengaruh. Untuk dosis serap yang sarna, laju dosis
2,79 kGy/jam memperpanjang waktu kontak sampel
dengan oksigen dan memperparah degradasi. Menurut
Sokhey kandungan arnilose pati sangat mempengaruhi
perubahan kelarotan pati setelah iradiasi (4). Pati
dengan kadar amilose rendah memang mudah tarot, dan
setelah iradiasi akan mengalarni peningkatan kelarotan
lebih besar dibanding yang berkadar arnilose tinggi. Disebutkan ballwa peningkatan kelarutan mungkin disebabkan oleh fragInentasi arnilopektinnya.
Derajat keasaman (PH) tarutao. Sampel padat dibuat larutan 50/0, dan sampel larutan langs\U1g diukur dengan pH meter.
Struktur kimia. Perubal13l1 gugus fungsi daD
ikatan kimia masing-masing diamati dengan
spektrofotometer inframerah (Shimadzu IR-435) dan
uv-sinar tampak (Shimadzu UV-160).
Penentuan sisa patio Pati dihidrolisis dengan
asam klorida, dan kemudian dinetralkan dengan larutan
NaOH sebelum ditentukan dengan metode Luff Schoorl
untuk gula pereduksi (2). BASIL DAN PEMBAHASAN
Prinsip dasar kimia radiasi [3]. Kimia radiasi
mempelajari semua proses yang berlangsung daTi 10-15
del setelah penyerapan energi oleh lnateri sampai
beberapa menit kemudian. 10-15 del setelah energi
diserap oleh rnateri, spesi reaktif yang berupa iOll, elektron dan molekul tereksitasi akan terdistribusi disepanjang jejak ut31lla (track) raton atau partikel bermnatan membentuk koloni-koloni yang disebut
"spur". Kerapatan "spur" tergantung pacta LET radiasi pe~gion. Radiasi berkas elektron dan sinar gamma mempunyai LET (energi yang dilepaspersatuan
jarak tempuh) rendah, sehingga memberikan kerapatan
"spur" yang rendah. ;
Efek yang ditimbulkan oleh radiasi pengion adalah sebanding dengan energi radiasi yang diserap materi. Karena energi yang tinggi, ikatan kovalen ion dan molekul tereksitasi didalam "spur" akan putus dan menghasilkan radikal-radikal bebas. Radikal-radikal didalam "spur" akan saling bereaksi kembali, daD yang tidak bereaksi akan berdifusi meninggalkannya.
Akhimya, 10-12 saInpai 10-10 det setelah penyerapan
energi, radikal-radikal bebas terdistribusi homogen didalam materi tersebut. Sejak saat itn radikal-radikal tersebut bereaksi dengan kinetika wllumnya
(penggabungan dan/atau pemutusan ikatan),
menimbulkan perubahan kimia rnaupun fisiko-kimia yang teratnati secara visual rnaupun instrumental. Tergantung pacta kondisi radiasi dan lnaterinya, salall satu reaksi akan dominan. Radiasi dalam media udara,
menyebabkan lebih banyak pemutus311 ikatan karena
terjadinya oksidasi.
Viskositas intrinsik patio Degradasi oleh
iradiasi tidak hanya menyebabkan percepatan pelarutan
pati saja, tetapi juga mempengaruhi sifat alimya (reologi) yang berperan pada pemakaiannya. Tabel 3 menunjukkaI\ pengarul\ iradiasi terhadap viskositas intrinsik patio Viskositas intrinsik suatu polimer tidak tergantung pada konsentrasinya, dan nilainya tergantung pada pelarut yang dipakai (5).
lradiasi terhc'ldap pati sebagai padatan maupun larutan menurunkan viskositas larutan patinya. Rantai molekul pati menjadi lebih pendek, sehingga lebih
mudah bergerak satu terhadap yang lain. Sampai dosis
30 kGy, penurunan viskositas pati padat tidak terlalu
besar dibanding penurunan viskositas larutan. Degradasi dalam larutan lebih parah, karena adanya efek langsung dan tidak langsung terhadap pati sebagai zat terlarut (6).
DalaIn sistem larutan, sebagian besar energi radiasi dipindal1kan pada molekul air, menghasilkan radikal bebas OH sebagai oksidator. Radikal inilah yang menyerang molek~l pati, inilah yang dirnaksud
efek tidak langsung. Laju dosis berpengaruh pada sistem larutan, karelta faktor difusi oksigen kedalam larutan. Pada radiolisis rase padat, pengaruh laju dosis tidak tallipak, karena molekul-molekulnya yang rapat satu sarna lain sehingga faktor difusi oksigen tidak begitu berperan.
Bentuk daD kristalinitas patio Mengapa pati padat le~ih cepat larut dan mengalami penurunan viskositas intrinsik setelah iradiasi, dapat diketahui dari
analisis topologi dan morfologi granulnya. Foto mikroskop optik pati dengan perbesaran 200 kali
menunjukkan bahwa pati larut yang dipakai adalah pati
kentang (Gambar I). Sebelum iradiasi ukuran granul
masih cukup besar, dan permukaannya nampak lebih
Perubahan warDa. Reaksi kimia yatlg terjadi menimbulkan perubalIaIl wama pati, sehingga
Risa/ah Perlemuan //miah Pene/ilian dan Pengembangan Ap/ikasi /solop dan Radiasi, 200 I
bercallaya. Setelah iradiasi 50 kGy, tampak ukurannya menjadi lebih kecil-kecil dan lebih kusmn dibanding pati awalnya. Karena tidak adanya khromofor sebelum iradiasi pennukaan granul memantulkan sinar datang. lradiasi menyebabkan terbentuknya gugus karbonil yang menjadi khromofor daD menyerap callaya. Sebab itu pennukaan granul menjadi agak kusam, yang ditunjukkan juga dengan meningkatnya nilai AL di Tabel 1.
padat selama iradiasi akan lebih intensif pada laju dosis 2,79 kGy/jam.
Struktur kimia. Spektnun inframerah yang didapc'lt dari pati padat tidak menunjukkan perbedaan yang nyata antara pati iradiasi (100 kGy) daD non-iradiasi. Vibrasi ulur C-O pada 1159 cm-l, daD gugus karbonil pada 1640 cm-l yang merupakan serapan spesifik karbohidrat tetap terlihat setelah iradiasi 100 kGy tanpa timbulnya serapan gugus karbonil pada 1710 cm-1 sebagai produk oksidasi. Hal ini menunjukkan bahwa iradiasi terhadap pati padat tidak menyebabkan perubahan kimia yang nyata. Namun demikian pati padat maupun larut.:'lnnya yang diiradiasi memberikan serapan daerah ultra lembayung (uv) dengan Amaks 260 -270 nm (Gambar 3). Panjang gelombang ini adalah karakteristik karbohidrat iradiasi, dan akan selalu dijumpai d.:1lam karbohidrat apapun (9). Menurut Schubert (10), serapan tersebut adalah senyawa karbonil tidak jemlh a.,p (a;fJ-unsaturated carbonyl) yang merupakan bentuk enol senyawa dikarbonil produk iradiasi.
Analisis spektrum difraksi sinar-X pati hanya sebatas kualitatif. Terlillat bahwa pati kentang memiliki
kristalinitas, yaitu adanya puncak-puncak yang cukup
tajam (Gambar 2). Perbandingan rase amorfus terhadap
kristalinnya sebelum iradiasi cukup besar, tetapi setelah iradiasi 50 dan 100 kGy keduanya mengalami
penurunan. lradiasi telall menyebabkan kerusakan baik
rase amorfus maupun kristalin. Jadi, percepatan
pelamtan d.w penurunan viskositas larut.w pati adalah
karena ukuran grallul pati menjadi lebih kecil daD
kekristalannya memlmn.
Titik leleh. Iradiasi tidak mempengamhi subu gelatinasi, tetapi meningkatkan nilai AH gelatinasi (Tabel 4). Mungkin hal ini menunjukkan ketidak beraturan susunan molekul pari akibat adanya pemutusan ikatan. Pada pemanasan lebih lanjut mulai terjadi perusakan terlmdap rase kristalin patio Terlihat bahwa suIlU awal ("on set') pelelehan menUJ1l11, daD hoH
pelelehan meningkat meskipun suhu maksimum
pelelehan tidak berubah (311 DC) sampai dengan dosis 30 kGy. UkuraIl graIluI pati menjadi lebih kecil, proses pelelehan mulai lebih awal tetapi karena jmnlalulya
semakin banyak diperlukan energi untuk pelelellaIl lebih besar. Konsistensi subu gelatinasi dan titik leleh pari menunjukk.w, bahwa sifat intrinsik pati tidak berubah oleh iradiasi sampai dosis yang dipakai pada penelitian ini.
Sisa patio Tabel 6 menunjukkan kadar glukosa pati yang tidak tersaring saat pencucian sebelum dihidrolisis dengan HCI. Kadar glukosa pati tidak tersaring menurun akibat iradiasi, berarti pati yang terlarut meningkat. Jadi, iradiasi meningkatkan kelarutan pati, karena teljadinya depolimerisasi.
lradiasi pada rase padat sangat efektif meningkatkan kelarutan fu1Dya pada dosis diatas 30 kGy tid.:1k tergantung laju dosis, sedangkan pada rase larutao laju dosis rendah (2,79 kGy/jam) sangat efektif membantu.
A11c'Ultlk'lSWamy (II) mengatakan bahwa iradiasi terlladap pati menyebabkan pemutusan ikatao cx.-l,4-glikosida secara acak seperti pada proses alfa-anlilolisis, karena produk radiolisisnya adalah deret homolog maltosa (rnaltosa, maltotriosa,...). Lebih lanjut dikatakan juga, ballwa komponen pati yang lebih sensitif terlladap radiasi adalah arnilosenya. Pada penelitian ini tidak dilakukaIl identifIkasi produk radiolisis secara individu.
KESIMPULAN
Telah dilakukan uji sifat fisika dan kimia pati untuk mempelajari efek radiasi yang diterimanya. Reaksi kimia yang ditimbulkan oleh radiasi menyebabkan depolimerisasi molekul pati, dan memberikan produk yang bersifat agak asam. Secara visual iradiasi menyebabkan WarDa kekuningan pati, lebih cepat lanlt, daD viskositasnya menurun akibat mengecilnya ukuraIl granul dan rusaknya rase kristalin patio lradiasi menyebabkan pati lebih mudah larut.
Pelarut dan laju dosis rendah memperparah efek radiasi,
karena adanya efek langsung dan tidak langsung pacta zat terlarut, sella difusi oksigen selama iradiasi.
Derajat keasaman (PH) tarutao. Tabel 5
menunjukkan pH larutan patio Sebelum iradiasi lamtan
pati mempunyai pH sekitar 6,5, karena Pc1ti sudah
dillidrolisis. lradiasi menyebabkan penunman pH
lamtan, tidak tergantung cara mengiradiasi maupun laju
dosisnya. Hal ini memmjukkan, ballwa produk iradiasi
adalah senyawa yang bersifat asam. Menurut Daupllin
(8), asam yang terbentuk adalall aSaIn-aSaIn bebas, daIl ester atau lakton yang terhidrolisis pacta pH ekstrim meningkatkan keasaman. Pacta radiolisis pati padat produksi aSaIn diduga melibatkan gugus-gugus llidroksil (OR) antar molekul pati, sebab itu sangat
dipengaruIli oleh morphologinya. Modifikasi
kristalinitas pati dan adanya kandungan air dalam pati akan mengurangi derajat keasamannya, karena
menghaInbat proses pemindallan energi melalui ikatan
H antar gugus OH tersebut. Pacta sistem lamtaIl produk
asam terjadi karena oksidasi pati oleh radikal OH daD spesi oksidator lain dari air.
Diat.:1s , dosis 30 kGy, faktor laju dosis Sc1l1gat berperan pacta peningkatan derajat keasaman baik untuk
sampel padat lnaupun sistem lamtan. Difusi oksigen kedalam lamtan maupun kontak oksigen dengan sampel
Risalah Peltemuiin Ilmiiih Pene/i1iiin diin Pengembangiin Aplikiisi IsolOp diin RiidiiiSl; lOOt
DAFTAR PUSTAKA 7. LINDER G., Analytical Techniques for Food and
Agricultural Products. VCH. Pennsylvania (1995).
1. VARAVINIT S., HANSWASDI C. and
SHOBNGOB S., Physico-chemical properties
of rice starch before and after gamma-ray irradiation. FFI Joumal.179 (1999) 67.
8. DAUPHIN J.F. and SAINT-LEBE L.R.,
"Radiation chemistry of carbohydrates".
Radiation Chemistry of Major Food Components
(ELIAS P.S. and COLEN A.I. eds). Elsevier,
Amsterdam (1977).
2. OSBORNE D.R. and VOOGT P., The Analysis of Nutrients in Foods. Academic Press, London (1978).
9. BACHMAN S. and ZEGOTA H., "Physico-chemical changes in irradiated (gamma 6OCo)
Imllin". Improvement of Food Quality by
Imdiation (proc. Panel Vienna, 1973). IAEA. Vienna (1974) 61.
3. WOOD R.J and PIKAEV A.K., Applied
Radiation Chemisuy: Radiation Processing. John
Wiley& Sons, New York (1994).
4. SOKHEY A.S and HANNA M.A., Properties of irradiated starches. Food Structure 12 (1993) 397.
10. SCHUBERT J., "Irradiation of food and food
constituents: chemical and hygienic
consequences". Improvement of Food Quality
by Irradiation (proc. Panel Vienna, 1973). IAEA. Vienna (1974) 1.
5. ALLCOCK H.R and LAMPE F.W.,
Contemporary Polymer Chemistry. Prentice-Hall
International. Singapore (1989).
II.ANATHASWAMY H.N., VAKIL U.K. and
SREENIV ASAN A., Effect of gamma
radiation on wheat starch and its component J. Food Sci., 35 (1970) 795.
6. SPINKS I.W.T and WOODS R.I., An
Introduction to Radiation ChemistIy 3rd ed.
Wiley-Interscience, New York (1990).
Tabel 2. Subu kelarutan patiO)
Oasis (kGv) Laju dasis (kGy/jam) Suhu kelamtan (DC)
*) 2,5 gr pati dalam 50 ml air mulai jernih semIna pemanasan
Risalah Pertemuan I/miah Penelitian dan Pengembangan Aplikasi lsotop dan RadiaSl; 2(XJ t
Tabel 3. Viskositas intrinsik lamtan pati (ml/g)
Dosis (kGy) Pati Padat Larutan pari
(5%) Laju dosis (kGy/jam)
14,25 0 10 14,2) 2,79 14,25 14,20 10 14~2!l 14.20 30 2,79 14,25 12,20 12,75 10 14,00 2,79 9,75 6,90 50 7-95 10 9,75
Tabel 4. Subu gelatinasi dan titik leleh pati (2,79 kGy/jam)
Gelatinasi-) maks
I__~
I 67,91 65,79 62,56 68,76 Pelelehan maks (OC) Dosis(kGy) AH (Jig) on set AH(J/g)
(OC) I 275,09 : 270,51 I 263,04I 267,61-on set
~
~
~
~
25,32 J.1!!!!..~
123.47~
~
309.68 0 10 30 50 24,3I 27,18I I 27,22 I 34.67*) Standart GRT (Gelatination Tempernture Range): 50-68,2°C[7]
Tabel 5. Derajat keasarnan (PH) larntan pati (5%)
Risalah Pertemuan Ilmiah Penelitian dan Pengembangan );Jlikasi Isotop dan Radias4 2tXJ 1
:;,;I
~.i;0
(a)~
,
(b)Gambar 1. Foto mikroskop optik pati (200 x) (a) 0 kGy, (b) 50 kGy
Risa/ah Pertemuan Ilmiah Penelitian dan Pengembangan Aplikasi lsotop dan RadiaSl; 2(XJ t
~
500 51i
~
5
'i
v!
7 a
400 a
~7b
~
C
~
300j
~
"'"
100
v'
0
10 20 30 40 SO 60 10 802.
Gambar 2. Spektrum difraksi sinar-X pati (a) 0 kGy, (b) 50 kGy, (c) 100 kGy
Risalah Petfemuan "miah Penelitian dan Pengembangan ";Jlikasi lsotop dan RadiaSl; ZOO 1
(a)
(b)
Gambar 3. Serapan uv larutao pati (1%) setelah radiasi (a) bentuk padat, (b) larutao 5% (lalu diencerkan) 1.0 kGy, 2. 10 kGy, 3. 30 kGy, 4. 50 kGy (2.79 kGy/jam)
